JP5715203B2

JP5715203B2 - 車両用開閉体制御装置

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Publication number: JP5715203B2
Application number: JP2013157188A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　正樹; 正樹鈴木
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2013227862A

Description

本発明は、自動車に取り付けられるサンルーフや窓等の車両用開閉体を制御する装置に関する。

従来、車両の天窓に配設されたサンルーフを電動モーターによって自動的に開閉する装置において、サンルーフによる物体の挟み込みを検知し、サンルーフを閉じる動作を停止する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、サンルーフの移動速度の変動に基づいて挟み込みの検知を行う技術が開示されている。

特開２００８−１５０７９１号公報

しかしながら、挟み込みを検知してサンルーフの停止処理を行った後にも、モーターは惰性で回転しすぐには停止しない。そのため、挟み込まれた物体に生じる荷重が、挟み込みが検知された時点に発生している荷重よりも増大してしまう。したがって、サンルーフを動かす電動モーターの状況（回転速度や印加電圧など）によっては、挟み込まれた物体に生じる荷重の最大値が、想定されている荷重よりも大きくずれてしまうことがあるという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、サンルーフなどの車両用開閉体において挟み込みを検知し停止処理を行った際に、挟み込まれた物体に生じる荷重の最大値のぶれを小さくすることを可能とする車両用開閉体制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、車両に設けられた開口部を開閉する車両用開閉体を制御する車両用開閉体制御装置であって、前記車両用開閉体を駆動する電動モーターと、前記電動モーターの回転により生じる力を推定する推定部と、前記電動モーターの状態に基づいて閾値を決定する閾値決定部と、前記閾値決定部によって決定された前記閾値と前記推定部によって推定された力とを比較し、前記閾値よりも前記推定部によって推定された力が大きい場合に前記車両用開閉体と前記開口部の縁部との間に物体が挟まれたと判定する判定部と、前記判定部からの指示に基づいて、前記電動モーターの回転を制御する制御部と、を備え、前記閾値決定部は、前記判定部によって前記閾値よりも前記推定された力の方が大きいと判定されてから前記電動モーターの回転が停止するまでの間の前記電動モーターの惰走による回転によって挟まれた物体に生じる負荷の最大値が所定値となるようにするとともに、前記判定部によって前記閾値よりも前記推定された力のほうが大きいと判定されてから前記電動モーターの回転が停止するまでの間の前記電動モーターの惰走による回転によって生じる前記負荷の増加分を前記所定値から減算した値の負荷が生じるときの前記電動モーターの回転によって生じる力を推定し、推定された値を前記閾値として決定する、ことを特徴とする。

本発明の一態様において、前記車両用開閉体制御装置は、前記電動モーターの回転の角速度を算出する角速度算出部と、前記制御部が前記電動モーターに印加する電圧値を検出する電圧値検出部とを有し、前記推定部は前記角速度算出部の角速度と前記電圧値検出部の電圧値とから前記電動モーターの回転により生じる力を推定するとしても良い。
本発明の一態様において、前記閾値決定部は、前記判定部によって前記閾値よりも前記推定された力のほうが大きいと判定されてから前記電動モータの回転が停止するまでの間を遅延時間と惰走時間とに分け、前記遅延時間に電動モータが回転する角度（遅延角度）および前記惰走時間に電動モータが回転する角度（惰走角度）それぞれを前記角速度算出部によって算出された角速度を用いて算出し、前記遅延角度及び前記惰走角度を用いて、閾値を算出するとしても良い。

本発明により、車両用開閉体の挟み込みの発生を判定する際に用いられる閾値が、車両用開閉体を駆動する電動モーターの状態に基づいて決定される。そのため、電動モーターの状態に関わらずに閾値が一定であった従来に比べ、サンルーフなどの車両用開閉体において挟み込みを検知し停止処理を行った際に、挟み込まれた物体に生じる荷重の最大値のぶれを小さくすることが可能となる。

車両用開閉体システムの機能構成を表す概略ブロック図である。角速度算出部が行う角速度算出処理の概略を表す図である。電動モーターのアーマチュア軸のトルク（縦軸）及びアーマチュア軸の角速度（横軸）の関係を表すグラフである。挟み込み発生時のアーマチュア軸の角速度の時間変化を表すグラフである。挟み込み発生時のアーマチュア軸の回転によって生じる荷重の時間変化を表すグラフである。閾値決定部の処理の流れを表すフローチャートである。

図１は、車両用開閉体システムの機能構成を表す概略ブロック図である。車両用開閉体システムは、車両用開閉体１、電源２、操作パネル３、車両用開閉体制御装置４を備える。

車両用開閉体１は、車両に設けられた開口部を開閉するものであり、例えばドアの開口部（窓枠）に設けられたスライド式の窓ガラスや、屋根（ルーフ）の開口部に設けられたスライド式又はチルト式のサンルーフパネル等である。車両用開閉体１は、車両用開閉体制御装置４の電動モーター４０１から与えられる駆動力によって開閉動作を行う。

電源２は、車両に設けられたバッテリー等の電力供給部であり、特に車両用開閉体制御装置４の電動モーター４０１を回転動作させるための電力や車両用開閉体制御装置４の各機能部が処理を行うための電力を供給する。

操作パネル３は、使用者が車両用開閉体１の開閉動作を指示するためのボタンを有し、押下されたボタンに応じた入力信号を車両用開閉体制御装置４のモーター制御部４０２に対して出力する。例えば、操作パネル３は、使用者によって開ボタンが押下された場合には開信号をモーター制御部４０２に対して出力し、閉ボタンが押下された場合には閉信号をモーター制御部４０２に対して出力する。

車両用開閉体制御装置４は、電動モーター４０１、モーター制御部４０２、電圧値検出部４０３、角速度算出部４０４、推定部４０５、閾値決定部４０６、判定部４０７を備える。

電動モーター４０１は、図示しないアーマチュア軸とアーマチュア軸の回転を減速させ、出力する図示しない減速機構を有する減速機構付モーターであって、モーター制御部４０２による制御に従ってアーマチュア軸を回転動作させ、アーマチュア軸の回転によって生じた駆動力を車両用開閉体１へ与える。電動モーター４０１には、モーターパルス検出部が設けられる。具体的には、複数の磁極を有するマグネットがアーマチュア軸と一体回転可能に取り付けられると共に、そのマグネットの近傍にセンサーとしてホールＩＣ（Integrated Circuit）が設置される。アーマチュア軸が回転すると、アーマチュア軸の回転に連動してマグネットも回転する。そして、ホールＩＣはマグネットの回転による磁極の切り替わりごとにパルス信号を発生する。電動モーター４０１は、ホールＩＣから発生したパルス信号を角速度算出部４０４に対して出力する。

モーター制御部４０２は、操作パネル３及び判定部４０７からの指示に基づいて、電源２から供給される電力を電動モーター４０１に与え、電動モーター４０１のアーマチュア軸の回転を制御する。例えば、モーター制御部４０２は操作パネル３から開信号を入力すると、車両用開閉体１が開く方向へ動くように電動モーター４０１のアーマチュア軸を回転させるべく、電源２から供給される電力を電動モーター４０１に通電させる制御を行う。また、モーター制御部４０２は判定部４０７から停止信号を入力すると、電動モーター４０１のアーマチュア軸の回転を停止させるべく、電源２から電動モーター４０１へ供給される電力を遮断する制御を行う。

電圧値検出部４０３は、電源２からモーター制御部４０２を介して電動モーター４０１に印加される電圧の大きさ（電圧値）を検出する。
角速度算出部４０４は、電動モーター４０１のホールＩＣから出力されるパルス信号に基づいて、電動モーター４０１のアーマチュア軸の回転における角速度を算出する。角速度算出部４０４が行う角速度算出処理は、既存のどのような技術によって実現されても良い。

推定部４０５は、電圧値検出部４０３によって検出された電圧値と、角速度算出部４０４によって算出された角速度とに基づいて、電動モーター４０１のアーマチュア軸の回転によって生じるトルクの大きさを推定する。

閾値決定部４０６は、角速度算出部４０４によって算出された角速度に基づいて、判定部４０７の判定処理において用いられる閾値を決定する。
判定部４０７は、推定部４０５によって推定されたトルクの大きさと、閾値決定部４０６によって決定された閾値とを比較し、車両用開閉体１と開口部の縁部との間に物体が挟まれたか否か（挟み込み発生の有無）について判定する。判定部４０７は、推定部４０５によって推定されたトルクの大きさが、閾値決定部４０６によって決定された閾値よりも大きいと判定された場合は、車両用開閉体１と開口部の縁部との間に物体が挟まれたと判定してモーター制御部４０２へ停止信号を出力し、推定部４０５によって推定されたトルクの大きさが、閾値決定部４０６によって決定された閾値よりも小さいと判定された場合は、車両用開閉体１と開口部の縁部との間に物体が挟まれていないと判定する。

図２は、角速度算出部４０４が行う角速度算出処理の概略を表す図である。Ａ相センサー信号とＢ相センサー信号とは、それぞれアーマチュア軸と同心円の円周上の異なる角度（１８０度よりも小さい角度）の位置に設置された二つのホールＩＣから出力されるパルス信号である。図２の場合は、二つのホールＩＣは４５度ずれて設置される。また、アーマチュア軸に取り付けられるマグネットは４極（９０度ずつずれて）取り付けられる。図２の場合、角速度算出部４０４は、式１及び式２に基づいて角速度ω_ｍ（ｎ）を算出する。なお、式２においてｚは減速比を表す。

図３は、電動モーター４０１のアーマチュア軸のトルクＴ（縦軸）及びアーマチュア軸の角速度ω（横軸）の関係を表すグラフである。基準電圧時の特性直線は、予め定められた基準電圧が電動モーター４０１に印加された場合の特性直線を表す。また、特性直線と縦軸（トルク軸）とが交わるときのトルクの値を、ロックトルクと呼ぶ。また、推定時の特性直線は、基準電圧とは異なる電圧が電動モーター４０１に印加されている場合の特性直線を表す。

推定部４０５は、基準電圧時の特性直線に基づいてトルクの大きさを推定する。以下、推定部４０５による推定処理の内容について説明する。推定部４０５は、式３に基づいて、電動モーター４０１によって生じるトルクＴ_ｍ（ｋ）を算出する。式３において、Ｔ_ｌｏｃｋは基準電圧時のロックトルクを表し、Ｖ_ｂａｓｅは基準電圧値を表し、ｖ_ｍｏｄ（ｋ）は電圧値検出部４０３によって検出された電圧値を表し、ａは基準電圧時の特性直線の傾きを表し、ω_ｍ（ｋ）は角速度算出部４０４によって算出された角速度を表す。このうち、Ｔ_ｌｏｃｋ、Ｖ_ｂａｓｅ、ａの三つの値は、予め推定部４０５において設定された既知の値である。

また、推定部４０５は、式４に基づいて、慣性モーメントに係るトルクＴ_ｉ（ｋ）を算出する。式４において、Ｔ（ｋ）はパルスエッジ間時間を表し、Ｊは慣性モーメントを表す。なお、パルスエッジ間時間とは、角速度算出部４０４において検出された最新のＴ（ｎ）の値（図２参照）を表す。このうち、Ｊは、予め推定部４０５において設定された既知の値である。

そして、推定部４０５は、式３及び式４の算出結果と式５に基づいてトルクの推定値Ｔ_ｌ（ｋ）を算出する。

図４は、挟み込み発生時のアーマチュア軸の角速度の時間変化を表すグラフである。角速度は、挟み込みが発生するまでは一定値であり、挟み込みが発生すると時間の経過にしたがって低下する。また、判定部４０７によって挟み込みが発生したと判定された時点（挟み込み検知）から、電動モーター４０１のアーマチュア軸の回転が停止する時点（モーター停止）までの時間は、遅延時間と惰走時間とに分けられる。遅延時間は、判定部４０７によって挟み込みが発生したと判定された時点から、モーター制御部４０２によって電動モーター４０１の停止制御が開始される時点（リレーＯＦＦ）までの時間である。惰走時間は、モーター制御部４０２によって電動モーター４０１の停止制御が開始された時点（リレーＯＦＦ）から、電動モーター４０１のアーマチュア軸の回転が停止する時点（モーター停止）までの時間である。

図５は、挟み込み発生時のアーマチュア軸の回転によって生じる荷重の時間変化を表すグラフである。図５において、符号Ａによって表される波形は、荷重の時間変化を表す。また、図５において、符号Ｂによって表される矩形波は、電動モーター４０１に対して電圧を印加する部分に設けられたリレースイッチのオン（ＯＮ）及びオフ（ＯＦＦ）を表す。この場合、モーター制御部４０２は、リレースイッチをオン・オフすることによって、電動モーター４０１の回転・停止を制御する。

図示されるように、荷重の大きさは、挟み込みが発生するまではほぼ一定値であり、挟み込みが発生すると時間の経過に従って上昇する。また、荷重の大きさが最大となった時点の値は、判定閾値による荷重、遅延による荷重増加分、惰走による荷重増加分の三つに分けられる。判定閾値による荷重は、判定部４０７によって挟み込みが発生したと判定された時点に既に発生している荷重である。遅延による荷重増加分は、判定部４０７によって挟み込みが発生したと判定して停止信号を出力した時点から、モーター制御部４０２が判定部４０７から停止信号を受け取り、電動モーター４０１の停止制御を開始する時点までの荷重の増加分である。惰走による荷重増加分は、モーター制御部４０２によって電動モーター４０１の停止制御が開始される時点から、荷重の大きさが最大値となる時点までの荷重の増加分である。

閾値決定部４０６は、上記した三つの値の合計値、則ち荷重の大きさの最大値が所定の値（目標反転荷重）となるように閾値を決定する。この場合、荷重の大きさの最大値とは、車両用開閉体１と開口部の縁部との間に物体が挟まれた場合にこの物体に生じる負荷（以下、「挟み込み負荷」という）の最大値に等しい。以下、閾値決定部４０６による閾値決定処理の内容について説明する。図６は、閾値決定部４０６の処理の流れを表すフローチャートである。まず、閾値決定部４０６は、電動モーター４０１が作動中であるか否か判定する（ステップＳ１０１）。電動モーター４０１が作動中である場合（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、閾値決定部４０６は、遅延時間内にアーマチュア軸が回転する角度（以下、「遅延角度」といい、θ_ｄと表す）を式６によって算出する（ステップＳ１０２）。式６において、ωは角速度算出部４０４によって算出された角速度を表し、ｔ_ｄは遅延時間を表す。遅延時間の値は、推定値として予め設定される。

また、閾値決定部４０６は、惰走時間内にアーマチュア軸が回転する角度（以下、「惰走角度」といい、θ_ｉと表す）を式７によって算出する（ステップＳ１０３）。式７において、τ_ｍは機械的時定数を表し予め設定される。また、機械的時定数の３倍の値が、惰走時間の推定値を表す。

次に、閾値決定部４０６は、遅延角度と惰走角度とを式８に代入することによって、現在の電圧値及び角速度で挟み込みが発生した場合の遅延による荷重増加分と惰走による荷重増加分との和の推定値（Ｆ_ｍ）を算出する（ステップＳ１０４）。式８において、Ｋ_ｓは目標バネ定数を表し、ｒ_ｐはピニオン半径を表す。目標バネ定数は、車両用開閉体１と開口部の縁部との間に挟まれる物体に想定されるバネ定数を表す。

次に、閾値決定部４０６は、式８によって算出したＦ_ｍを式９に代入することによって、現在の電圧値及び角速度で挟み込みが発生した場合に目標とする挟み込み負荷（判定閾値による荷重）の値Ｆ_ｂを算出する（ステップＳ１０５）。式９において、Ｆは目標反転荷重を表す。目標反転荷重とは、挟み込まれた物体に生じる荷重の最大値の目標値である。

そして、閾値決定部４０６は、式９によって算出したＦ_ｂを式１０に代入することによって、閾値（Ｔ_ｂ）を算出し、閾値を算出された値に決定する（ステップＳ１０６）。式１０において、αは補正係数を表し、ηはピニオンギヤとワイヤとの間の伝達効率を表す。α及びηは、予め閾値決定部４０６において設定された既知の値である。

一方、ステップＳ１０１において、電動モーター４０１が作動中でない場合（ステップＳ１０１−ＮＯ）、閾値決定部４０６は、予め定められている所定の最大値を閾値に設定する（ステップＳ１０７）。閾値決定部４０６は、所定のタイミング（例えば、０．１秒毎、１秒ごとなど）で、図６に表された処理を繰り返し実行し、最新の角速度の値に基づいて繰り返し閾値を算出し決定する。

このように構成された車両用開閉体制御装置４によれば、閾値決定部４０６が現在の電動モーター４０１の角速度に応じて閾値を決定し、判定部４０７がこの閾値に基づいて挟み込みが発生したか否かを判定するため、閾値が一定値である場合に比べて、電動モーター４０１の状態に応じた正確な判定を行うことが可能となる。具体的には、閾値決定部４０６が現在の角速度で挟み込みが発生した場合の遅延による荷重増加分及び惰走による荷重増加分を推定し、予め決められた目標反転荷重から上記二つの荷重増加分の和を減算することによって判定閾値による荷重を算出し、この荷重を生じさせるトルクを閾値として算出する。そのため、このような閾値決定部４０６によって決定された閾値に基づいて判定部４０７が挟み込みの判定を行うことにより、電動モーター４０１の角速度がどんな値であるかによらず、挟み込み負荷の最大値と目標反転荷重とのぶれを小さくすることが可能となる。したがって、挟み込み負荷の最大値が大きくなることによって挟み込まれた物体が損傷することを防止することが可能となるとともに、閾値が不必要に小さくなることによる誤判定（挟み込みが発生したと誤って判定してしまうこと）を抑止することが可能となる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…車両用開閉体，２…電源，３…操作パネル，４…車両用開閉体制御装置，４０１…電動モーター，４０２…モーター制御部，４０３…電圧値検出部，４０４…角速度算出部，４０５…推定部，４０６…閾値決定部，４０７…判定部

Claims

車両に設けられた開口部を開閉する車両用開閉体を制御する車両用開閉体制御装置であって、
前記車両用開閉体を駆動する電動モーターと、
前記電動モーターの回転により生じる力を推定する推定部と、
前記電動モーターの状態に基づいて閾値を決定する閾値決定部と、
前記閾値決定部によって決定された前記閾値と前記推定部によって推定された力とを比較し、前記閾値よりも前記推定部によって推定された力が大きい場合に前記車両用開閉体と前記開口部の縁部との間に物体が挟まれたと判定する判定部と、
前記判定部からの指示に基づいて、前記電動モーターの回転を制御する制御部と、
を備え、
前記閾値決定部は、
前記判定部によって前記閾値よりも前記推定された力の方が大きいと判定されてから前記電動モーターの回転が停止するまでの間の前記電動モーターの惰走による回転によって挟まれた物体に生じる負荷の最大値が所定値となるようにするとともに、
前記判定部によって前記閾値よりも前記推定された力のほうが大きいと判定されてから前記電動モーターの回転が停止するまでの間の前記電動モーターの惰走による回転によって生じる前記負荷の増加分を前記所定値から減算した値の負荷が生じるときの前記電動モーターの回転によって生じる力を推定し、推定された値を前記閾値として決定する、
ことを特徴とする車両用開閉体制御装置。
前記車両用開閉体制御装置は、前記電動モーターの回転の角速度を算出する角速度算出部と、前記制御部が前記電動モーターに印加する電圧値を検出する電圧値検出部とを有し、前記推定部は前記角速度算出部の角速度と前記電圧値検出部の電圧値とから前記電動モーターの回転により生じる力を推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用開閉体制御装置。
前記閾値決定部は、
前記判定部によって前記閾値よりも前記推定された力のほうが大きいと判定されてから前記電動モータの回転が停止するまでの間を遅延時間と惰走時間とに分け、
前記遅延時間に電動モータが回転する角度（遅延角度）および前記惰走時間に電動モータが回転する角度（惰走角度）それぞれを前記角速度算出部によって算出された角速度を用いて算出し、
前記遅延角度及び前記惰走角度を用いて、閾値を算出することを特徴とする請求項２に記載の車両用開閉体制御装置。